WHAT FACTORS CONTROL THE STRUCTURE OF SILICA AEROGELS ?

Résumé
En modifiant les conditions de polymérisation dans la solution précursive, il est possible de contrôler la structure des aérogels de silice. La porosité varie comme celle de matériaux dont la structure est constituée de grains jusqu'à celle de matériaux dont la structure est analogue à des polymères. Quand les gels sont réalisés à partir d'alkoxides, le pH est le facteur dominant qui détermine la structure. Dans le domaine de pH compris entre 8 et 12, le gel est constitué de particules ayant diverses rugosités de surface. Dans des conditions neutres, la polymérisation est auto-limitée, elle produit des polymères ayant une géométrie identique à celle de clusters au seuil de percolation. Dans des conditions acides, la structure est constituée par des polymères branchés hautement ramifiés. En utilisant le concept de géométrie fractale, différents processus de croissance sont identifiés et rendent compte de la structure observée. Ces processus incluent la croissance dite "Eden" (réaction limitée entre monomère et cluster) dans des conditions basiques et une croissance cluster-cluster dans des conditions acides. Une cinétique de type percolation est proposée pour rendre compte du processus mis en jeu dans des conditions neutres.

Abstract
By manipulating polymerization conditions in solution precursors, it is possible to control the structure of silica aerogels. Porosity varies from grain-like to polymer-like. When produced from alkoxides, pH is the dominant factor that determines structure. Under strongly basic conditions (pH > 12) compact colloidal particles are observed. In the range pH = 8-12, particles of varying surface roughness result. In the neutral range, polymerization is self-limiting, producing polymers with the geometry of percolation clusters at threshold. Under acidic conditions, highly ramified branched polymers are realized. Using the concept of fractal geometry, different growth processes are identified that account for the observed structure. These processes include Eden growth (reaction-limited monomer-cluster aggregation) under basic conditions and the cluster-cluster analogue under acidic conditions. Kinetic percolation is postulated for the neutral regime.